KR20040018841A - 아우터 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 기기의 높이를 현저히 줄일 수 있는 아우터 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기를 제공하는 한편, 제품단가 및 조립공정의 수를 줄일 수 있도록 종래의 서브프레임을 대체하는데 그 목적이 있다.

이를 위해, 본 발명은, 외장을 이루는 케이스와; 상기 케이스 내에 고정되며, 그 중심부에 보스가 하향 돌출됨과 함께 베어링홀이 형성되고, 상기 베어링홀의 상부측에는 베어링홀과 단차져 쓰러스트면이 구비되는 메인프레임과; 상기 메인프레임의 하부에 고정되며, 그 중심부가 중공된 형상의 스테이터와; 상기 스테이터의 외주면에 상기 스테이터와 동심을 이루며 소정공극 유지되어 구비되는 로터와; 상기 로터의 바닥부에 일부가 고정되고, 상기 메인프레임의 베어링홀에 타부가 위치되며, 그 상부에 편심부를 가지고, 상기 편심부의 하면를 경계로 둘레를 따라 돌출되어 상기 메인프레임의 쓰러스트면에 접촉되는 쓰러스트부를 갖는 크랭크축과; 상기 크랭크축의 편심부에 의해 선회운동을 하는 선회스크롤과; 상기 메인프레임의 상부에 고정되며 상기 선회스크롤과 치합하여 압축을 수행하는 고정스크롤이 포함되어 이루어진 스크롤 압축기를 제공한다.

Description

아우터 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기{Scroll compressor with outer rotor type motor}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기기의 높이를 줄이기 위해 아우터 로터형 전동기를 구비한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 스크롤 압축기는, 대향하는 한 쌍의 스크롤에 의해 형성되는 압축실의 체적을 변화시켜 냉매가스를 압축하는 기기로서, 왕복동식 압축기 및 로터리식 압축기에 비해 효율이 높고, 진동 및 소음이 낮으며, 경량화가 가능하여 점차 그 사용영역을 넓혀가는 추세에 있다.

이하, 도 1을 참조하여, 종래의 스크롤 압축기의 구성 및 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 스크롤 압축기는, 하부에 오일이 저장되어 있는 케이스(1)와, 상기 케이스 내에 고정되며 그 중심부에 보스(2a)가 하향 돌출됨과 함께 베어링홀(2b)이 형성된 메인프레임(2)과, 상기 메인프레임보다 하측에 구비되는 인너 로터형 전동기(3)와, 상기 전동기(3)에 구비됨과 함께 상기 메인프레임의 베어링홀(2b)에 삽입되며 상부에 편심부(4a)를 갖는 크랭크축(4)과, 상기 크랭크축의 편심부(4a)에 의해 선회운동을 하는 선회스크롤(5)과, 상기 선회스크롤과 치합하여 압축을 수행하도록 상기 메인프레임(2)에 체결되는 고정스크롤(6)과, 상기 케이스(1)에 일측이 고정되고 타측이 상기 크랭크축(4)의 하단에 구비되어 크랭크축을 지지하는 서브프레임(9)으로 이루어진다.

그리고, 상기 인너 로터형 전동기(3)는, 상기 크랭크축(4)의 둘레면에 고정되어 상기 크랭크축과 함께 회전되는 로터(3a)와, 상기 케이스(1)에 고정됨과 함께 상기 로터(3a)가 그 중심부에 위치되되 그 내주면이 상기 로터의 외주면과 소정간격 이격되어 위치되는 스테이터(3b)로 이루어진다.

또한, 상기 선회스크롤(5)과 크랭크축의 편심부(4a)가 회전중심으로부터 편심되어 있음으로 인하여 발생하는 원심력을 상쇄시키기 위해서, 상기 로터(3a)의 상면 중 크랭크축 편심부(4a)의 편심방향과 반대방향에는 상부 균형추(7)가 설치되고, 상기 로터(3a)의 하면 중 크랭크축 편심부(4a)의 편심방향과 동일방향에는 하부 균형추(8)가 설치된다.

이렇게 구성된 스크롤 압축기는, 전원의 인가에 의해 상기 로터가 회전되면서 상기 크랭크축(4)을 회전시키게 되고, 상기 크랭크축이 회전하면서 편심부(4a)에 체결된 선회스크롤(5)을 선회시키게 되며, 결국, 상기 선회스크롤(5)의 선회운동에 의해 냉매가스가 압축되는 원리를 갖는다.

하지만, 상기와 같이 이루어진 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 메인프레임(2)의 하부측에 위치된 로터(3a)가 메인프레임의 보스(2a)와 같은 위치인 크랭크축(4)의 둘레면에 고정되어 있으므로, 크랭크축(4)에 대해 상/하로 메인프레임의 보스(2a)와 로터(3a)가 각각 공간을 차지하게 되어 기기의 높이를 줄일 수 없는 구조적 한계가 있었다.

둘째, 로터(3a)의 상면 중 크랭크축 편심부(4a)의 편심방향과 반대방향에 상부 균형추(7)가 달려 있는데, 이러한 균형추는 메인프레임의 보스(2a)와 로터(3a)의 상면 사이에 위치됨에 따라 기기의 크기가 한층 더 높아지는 문제가 있었다.

셋째, 로터(3a)가 스테이터(3b) 내에 위치되는 인너 로터형 전동기(3)는, 로터(도 2의 40참조)가 스테이터(도 2의 30참조) 외에 위치되는 아우터 로터형 전동기에 비해 로터(3a)의 외경이 작으므로, 동일조건 하에서 균형추의 각속도(ω)같을 때 편심을 상쇄시키기 위해서는, 균형추(7)의 원심력인에서 로터(3a)의 회전중심으로부터 균형추(7)의 무게중심까지의 거리(r)가 작아지는 것에 반비례하여 질량(m)을 키울 수밖에 없다. 여기서 질량을 키우기 위해서는 동일재질 하에서 균형추(7)의 크기 즉 높이를 키울 수밖에 없기 때문에 기기의 높이는 상기 둘째 문제와 더불어 더욱 커질 수밖에 없는 구조적 한계가 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은, 기기의 높이를 현저히 줄일 수 있는 아우터 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기를 제공하는 한편, 제품단가 및 조립공정의 수를 줄일 수 있도록 종래의 서브프레임을 대체하는데 있다.

도 1은 종래기술에 따른 인너 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기를 나타낸 종단면도.

도 2는 본 발명에 따른 아우터 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기를 나타낸 종단면도.

도 3은 도 2의 스테이터를 상세히 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 아우터 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기의 다른 실시예를 나타낸 종단면도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 케이스 20: 메인프레임

21: 보스 22: 베어링홀

23: 쓰러스트면 30: 스테이터(stator)

30a: 중공부 40: 로터(rotor)

50: 크랭크축 51: 편심부

52: 쓰러스트부 70: 쓰러스트 베어링

5: 선회스크롤 6: 고정스크롤

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 외장을 이루는 케이스와; 상기 케이스 내에 고정되며, 그 중심부에 보스가 하향 돌출됨과 함께 베어링홀이 형성되고, 상기 베어링홀의 상부측에는 베어링홀과 단차져 쓰러스트면이 구비되는 메인프레임과; 상기 메인프레임의 하부에 고정되며, 그 중심부가 중공된 형상의 스테이터와; 상기 스테이터의 외주면에 상기 스테이터와 동심을 이루며 소정공극 유지되어구비되는 로터와; 상기 로터의 바닥부에 일부가 고정되고, 상기 메인프레임의 베어링홀에 타부가 위치되며, 그 상부에 편심부를 가지고, 상기 편심부의 하면를 경계로 둘레를 따라 돌출되어 상기 메인프레임의 쓰러스트면에 접촉되는 쓰러스트부를 갖는 크랭크축과; 상기 크랭크축의 편심부에 의해 선회운동을 하는 선회스크롤과; 상기 메인프레임의 상부에 고정되며 상기 선회스크롤과 치합하여 압축을 수행하는 고정스크롤이 포함되어 이루어진 스크롤 압축기를 제공한다.

여기서, 상기 메인프레임의 보스는, 기기의 높이를 보다 저감시키기 위해 상기 스테이터의 중공부에 위치됨이 바람직하다.

그리고, 상기 크랭크축 방향으로 작용하는 쓰러스트를 지지하기 위해 상기 쓰러스트면 또는 상기 쓰러스트부는 그 자체가 오일리스 베어링인 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 따르면, 스테이터의 외주측에 로터가 구비되는 아우터 로터형 전동기기가 구비되므로, 메인프레임의 보스와 로터가 서로 다른 위치에 구비되게 되어 스크롤 압축기의 높이를 현저하게 줄일 수 있게 된다. 그리고 이에 따라 제품단가를 저감시킬 수 있음과 함께 냉장고 또는 공기조화기 등의 타 시스템에 적용시 시스템의 공간이 보다 효율적으로 활용될 수 있게 된다. 그리고, 종래의 단일부품이던 서브프레임이 제거되고 그 역할을 상기 쓰러스트면 및 쓰러스트부가 대신하므로, 제품단가 및 조립공정의 수를 줄일 수 있게 된다.

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 아우터 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기를 나타낸 종단면도이고, 도 3은 도 2의 스테이터를 상세히 나타낸 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 아우터 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기의 다른 실시예를 나타낸 종단면도이다.

도면 설명에 앞서, 종래기술과 동일한 구조에 한해서는 종래와 동일한 부호를 부여키로 한다.

본 발명에 따른 아우터 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기는, 도 2에 도시된 바와 같이, 외장을 이루는 케이스(10)가 구비되고, 상기 케이스 내에는 메인프레임(20)이 고정되며, 상기 메인프레임(20)의 중심부에는 보스(21)가 하향 돌출됨과 함께 베어링홀(22)이 형성되고, 상기 메인프레임(20) 중 상기 베어링홀(22)의 상부측에는 베어링홀과 단차져 쓰러스트면(23)이 형성되며, 상기 메인프레임(20)의 저면에는 중심부가 중공된 형상의 스테이터(30)가 나사체결되고, 상기 스테이터(30)의 외주면에는 그 동심을 이루며 소정공극 유지되어 로터(40)가 구비되어 이루어진다.

이와 함께, 상기 스테이터의 중공부(30a)와 상기 메인프레임의 베어링홀(22)에는 크랭크축(50)이 위치되며, 상기 크랭크축(50)의 하부는 상기 로터(40)의 바닥부에 고정되고, 상기 크랭크축(50)의 상부는 상기 메인프레임의 베어링홀(22)에 슬라이딩 가능하게 구비되며, 상기 크랭크축(50) 중 상기 베어링홀(22)보다 상측에 위치되는 단부에는 소정량 편심된 편심부(51)를 가지고, 상기 크랭크축(50) 중 상기 편심부(51)의 하면을 경계로 둘레를 따라 돌출되어 상기 쓰러스트면(23)에 접촉되는 쓰러스트부(52)가 형성되며, 상기 메인프레임(20)의 상부에는 상기 크랭크축의 편심부(51)에 의해 선회운동을 하는 선회스크롤(5)이 이동가능하게 구비되고, 또한 상기 메인프레임(20)의 상부에는 상기 선회스크롤(5)과 치합하여 압축을 수행하는 고정스크롤(6)이 고정되어 이루어진다.

여기서, 상기 스테이터(30)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 중심부가 빈 다수의 전기강판(31)이 적층되어 이루어진다. 구체적으로, 상기 전기강판(31)의 외주면에는 다수의 슬롯(31a)이 방사형으로 형성되고, 상기 전기강판(31)의 내주면에는 스테이터를 메인프레임(20)의 저면에 고정시키기 위한 나사체결공(31b)이 형성되며, 상기 각 전기강판(31)에 형성된 상기 슬롯(31a) 및 상기 나사체결공(31b)이 서로 상응되도록 적층된 후 상기 슬롯에는 코일(32)이 권선되어 이루어지게 된다.

그리고, 상기 로터(40)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 몸체를 이루며 상부가 개방된 로터하우징(41)이 구비되며, 상기 로터하우징(41)의 내주면에 로터도체(42)가 압입되어 이루어진다. 또한, 상기 로터도체(42)는 상기 스테이터(30)와 같이 다수의 전기강판(미도시)이 적층되어 이루어지게 된다. 그리고, 상기 로터하우징(41)의 바닥부는 상기 크랭크축(50)의 둘레면에 고정되게 된다.

한편, 상기 메인프레임의 보스(21)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기기의 높이를 보다 저감시키기 위해 상기 스테이터의 중공부(30a)에 위치됨이 바람직하다.

그리고, 상기 쓰러스트면(23)과 상기 쓰러스트부(52)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 크랭크축(50)을 중력으로부터 지지하기 위해 상기 메인프레임(20)과 상기 크랭크축(50)에 일체로 형성된 것으로서, 종래의 서브프레임(도 1의 9참조)의역할을 대신하게 된다. 여기서 상기 쓰러스트면(23) 또는 상기 쓰러스트부(52)는 그 자체가 오일리스 베어링임이 바람직하다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 로터(40)에는 로터 회전시 로터의 균형을 잡아주는 균형추(61, 62)가 더 구비됨이 바람직하다. 구체적으로, 상기 로터하우징(41) 중 상기 크랭크축 편심부(51)의 편심방향과 반대방향의 상부에는 상부 균형추(61)가 일체로 구비되거나 별도로 장착되게 되고, 상기 로터하우징(41) 중 상기 상부 균형추(61)의 반대방향 하부에는 하부 균형추(62)가 일체로 구비되거나 별도로 장착되게 된다.

이하, 도 1과 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 아우터 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기와 종래기술에 따른 인너 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기의 차이점을 구체적으로 설명한다.

첫째, 로터(40)가 메인프레임의 보스(21)와 다른 위치에 구비됨과 더불어 메인프레임의 보스(21)가 스테이터(30)의 상면을 피한 위치인 중공부(30a)에 위치됨에 따라, 메인프레임의 보스(21)가 스테이터의 중공부(30a)에 삽입된 만큼 기기의 전체 높이를 줄일 수 있게 된다.

둘째, 로터(40)가 메인프레임의 보스(21)와 다른 위치에 구비됨에 따라 로터(40)의 상면에 균형추(61)가 설치되어도 메인프레임의 보스(21)와 간섭되지 않게 되므로 종래의 균형추(도 1의 7참조) 높이만큼 기기의 전체 높이를 더 줄일 수 있게 된다.

셋째, 본 발명에 적용된 아우터 로터형 전동기는 종래의 인너 로터형 전동기에 비해 로터(40)의 외경이 크므로, 편심을 상쇄시키기 위한 균형추(61)의 원심력인에서 로터(40)의 회전중심으로부터 균형추(61)의 무게중심까지의 거리(r)가 멀어지는 것에 반비례하여 질량(m)을 줄일 수 있게 된다. 다시말해, 동일한 원심력을 얻는 다고 가정한다면 본 발명의 로터(40)는 종래의 로터(도 1의 3a참조)에 비해 외경이 상대적으로 크므로 상대적으로 질량을 줄일 수 있게 된다. 여기서 질량을 줄인다는 것은 동일재질 하에서 균형추(61)의 크기 즉 높이를 줄일 수 있는 것을 의미하므로 결국 기기의 높이는 종래에 비해 더욱 줄일 수 있게 됨을 알 수 있다.

넷째, 로터(40)의 외경이 종래에 비해 크게 되므로 로터(40)의 내주면과 스테이터(30)의 외주면 사이의 공극의 위치에 비례하여 토크를 더 크게 할 수 있게 된다.

다섯째, 종래의 단일부품이던 서브프레임(도 1의 9참조)이 제거되고 그 역할을 상기 메인프레임(20)에 형성되는 쓰러스트면(23)과 상기 크랭크축(50)에 형성되는 쓰러스트부(52)가 대신하므로, 제품단가 및 조립공정의 수를 줄일 수게 된다.

한편, 상기 로터하우징(41)의 바닥부에는 오일 또는 가스가 통과할 수 있는 연통구(41a)가 적어도 하나 이상 형성됨이 바람직하다. 즉, 기기가 기동을 시작하면 크랭크축(50) 내부에 형성된 오일승강로(50a)를 따라 케이스(10) 하부에 저장된 오일(미도시)이 메인프레임(20)으로 상승한 후 메인프레임측 베어링부를 윤활하게 되는데, 이 때 윤활하고 난 오일이 로터하우징(41)의 바닥에 고이지 않고 케이스(10) 하부로 원활하게 이동되도록 하기 위함이고, 또한 냉매가스가 원활하게유출입되도록 하기 위함이다.

한편, 상술한 바와 같이, 상기 크랭크축(50)을 중력으로부터 지지하기 위해 쓰러스트면(23)과 쓰러스트부(52)를 가짐과 더불어, 크랭크축 방향으로 작용하는 쓰러스트를 지지하기 위해 쓰러스트면과 쓰러스트부 자체가 오일리스 베어링일 수도 있지만, 다른 실시예로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 쓰러스트면(23)과 쓰러스트부(52) 사이에 별도의 쓰러스트 베어링(70)이 더 구비되어 축방향으로 작용하는 쓰러스트를 보다 바람직하게 지지할 수도 있다. 그리고, 도 4에 나타난 도면부호 중 도 2의 도면부호와 동일 부호는 동일한 기능을 하는 동일부재를 가리킨다.

따라서, 본 발명에 따른 아우터 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기를 제공함에 따라, 기기의 높이를 현저히 줄일 수 있게 되어, 제품단가를 저감시킬 수 있음과 함께 냉장고 또는 공기조화기 등의 타 시스템에 적용시 시스템의 공간이 보다 효율적으로 활용될 수 있게 된다. 그리고, 종래의 단일부품이던 서브프레임이 제거되고 그 역할을 상기 쓰러스트면 및 쓰러스트부가 대신하므로, 제품단가 및 조립공정의 수를 줄일 수 있게 된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은, 아우터 로터형 전동기가 구비된 스크롤 압축기를 제공함에 따라 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명에 의하면, 스크롤 압축기의 높이를 줄일 수 있음에 따라, 제품단가가 저감되는 이점과 함께 냉장고 또는 공기조화기 등의 타 시스템에 적용시 시스템의 공간이 보다 효율적으로 활용되는 이점이 있다.

둘째, 본 발명에 의하면, 종래에 비해 균형추의 크기를 줄일 수 있는 이점이 있다.

셋째, 본 발명에 의하면, 종래에 비해 토크를 키울 수 있는 이점이 있다.

넷째, 본 발명에 의하면, 종래의 단일부품이던 서브프레임이 제거되고 그 역할을 상기 쓰러스트면 및 쓰러스트부가 대신함에 따라, 제품단가 및 조립공정의 수를 줄일 수게 된다.

또한, 본 발명의 상세한 설명에 언급된 효과를 다 포함한다.

Claims (4)

1. 외장을 이루는 케이스와;

   상기 케이스 내에 고정되며, 그 중심부에 보스가 하향 돌출됨과 함께 베어링홀이 형성되고, 상기 베어링홀의 상부측에는 베어링홀과 단차져 쓰러스트면이 구비되는 메인프레임과;

   상기 메인프레임의 하부에 고정되며, 그 중심부가 중공된 형상의 스테이터와,

   상기 스테이터의 외주면에 상기 스테이터와 동심을 이루며 소정공극 유지되어 구비되는 로터와;

   상기 로터의 바닥부에 일부가 고정되고, 상기 메인프레임의 베어링홀에 타부가 위치되며, 그 상부에 편심부를 가지고, 상기 편심부의 하면를 경계로 둘레를 따라 돌출되어 상기 메인프레임의 쓰러스트면에 접촉되는 쓰러스트부를 갖는 크랭크축과;

   상기 크랭크축의 편심부에 의해 선회운동을 하는 선회스크롤과;

   상기 메인프레임의 상부에 고정되며 상기 선회스크롤과 치합하여 압축을 수행하는 고정스크롤이 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 메인프레임의 보스는, 상기 스테이터의 중공부에 위치됨을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 쓰러스트면 또는 상기 쓰러스트부는 오일리스 베어링인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 쓰러스트면과 상기 쓰러스트부 사이에는 쓰러스트 베어링이 더 구비됨을 특징으로 하는 스크롤 압축기.